Catphan 模体在医用电子加速器锥形束CT 质量控制中的应用

张红红，宋万涛，翟贺争

1 北京市昌平区医院 （北京 102200）；2 中国医学科学院放射医学研究所（天津 300192）

随着三维适形放疗和调强放疗技术的发展，肿瘤靶区及其周围组织剂量分布的精确度得以提升，治疗增益比亦显著提高[1-2]；但在放疗过程中，器官运动、放疗摆位误差等因素造成的靶区位置变化会影响实际的照射剂量分布，致使肿瘤靶区因欠剂量而达不到治疗目的或使危及器官因过剂量而造成组织损伤增加，甚至有可能因剂量错误导致放疗失败[3]。在放疗中，提高摆位精准度是解决上述问题的关键。图像引导放疗是应用影像设备获取患者治疗前、治疗中或治疗后的影像，以确定靶区与危及器官的相对位置，通过图像配准来减小摆位误差，进而实现精准放疗的一种治疗方式[4]。在图像引导放疗中，基于二维大面积非晶硅数字化X 线探测器的锥形束CT（cone-beam CT，CBCT）装置被整合到加速器上，通过CT 扫描直接获取3D 图像，再与治疗计划中的图像匹配比较，即可得到调整治疗床所需的各项参数。因CBCT 是辅助提高肿瘤放疗精度的关键设备，故必须对其进行合理的质量控制以保障影像系统的准确性，但目前国内尚未出台相关技术标准。参照美国医学物理学家学会（American Association of Physicists in Medicine，AAPM）TG-142报告及医科达公司关于X 线容积成像系统（X-ray volume imaging，XVI）的验收标准，结合临床实际工作与经验，本研究采用Catphan 503型模体对我院医用电子加速器的CBCT 进行了影像质量控制测试，获得了相关影像学指标，旨在验证该模体应用于实际质量控制工作中的适用性，以期为规范医用电子加速器CBCT 的质量控制工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 检测仪器

医科达Synergy 医用电子加速器，搭载了XVI系统，并配备了kV-CBCT 设备，用于获取治疗前的3D 图像；Catphan 503型模体，由美国模体实验室生产，模体内部的不同位置分布不同的分层模块，分别用于开展CT 图像各质量控制指标（CT 值均匀性、密度分辨力、空间分辨力及空间线性距离等）相关的检测。

图1 Catphan 503型模体

1.2 检测方法

检测开始前，先对CBCT 的X 线管做预热处理；随后，将装有Catphan 503型模体的盒子置于加速器治疗床顶端，取出模体并将其悬挂于盒子顶端，微调模体上的平衡螺钉至水平仪显示各方向均水平；加速器天花板水平激光线、侧墙上下激光线分别对准位于模体上方及侧面的白点，侧墙垂直激光线同样对准模体侧面白点，确保模体位于等中心处。

登陆XVI系统，选择“Service”模式，在“Patient”下分别进入“CAT-Uniformity”“CATContrast”“CAT-Spatial”“CAT-Geometric”模块，进行各项检测项目的扫描，获取相应图像。

1.3 检测项目

1.3.1 CT 值均匀性

均匀物质CT 图像上各局部的CT 值应保持一致；定位扫描模体头向的第4个标记点，获取图像后，在坐标系中5个位置坐标处（横截面中心和距中心4.5 cm 的上、下、左、右4个位置），调整图像取样器的“box size”至1 cm，分别记录对应坐标的Mean（像素均值），然后计算CT 值的均匀性偏差[均匀性偏差=（Meanhigh-Meanlow）/Meanhigh×100%]，均匀性偏差≤1.5%视为合格。

1.3.2 密度分辨力

图2 模体内的各种插件

1.3.3 空间分辨力

空间分辨力即高对比度分辨力，是指图像对组织结构空间大小的鉴别、显示最小细微结构的能力，用每厘米内可分辨的线对数表示，单位为lp/cm；定位扫描模体头向的第2个标记点，选择中间层面图像并调整窗宽窗位，使图像上能分辨的线对数最多，结果≥7 lp/cm 视为合格。

1.3.4 空间线性距离

空间线性距离包括3D 横断面垂直距离、水平距离和矢状位水平距离，反映CBCT 的几何精度及重建精度；定位扫描模体头向的第3个标记点，打开扫描图像，按住键盘上的“Alt”键，穿过圆心，垂直测量层面图像上端空气上沿至下端空气上沿、水平测量低密度聚乙烯左侧至聚甲醛树酯左侧的距离（图3a），结果为（117±1.0）mm 视为合格；打开矢状位图像，调整至等中心位置，出现黄色十字标线，按住键盘上的“Alt”键，测量第1个与第4个标记点之间的距离（图3b），结果为（110±1.0）mm 视为合格。

图3 空间线性距离测量示意图

2 结果

CT 值均匀性偏差为0.26%≤1.5%（表1），密度分辨力为2.14%≤3.0%（表2），空间分辨力可分辨线对数为8 lp/cm ≥7 lp/cm（图4），横断面垂直距离、水平距离偏差为0.2 mm＜1.0 mm、矢状位水平距离偏差为0.1 mm＜1.0 mm（表3），均满足AAPMTG-142报告及医科达XVI 验收标准的要求。

表1 CT 值均匀性测量结果

表2 密度分辨力测量结果

图4 空间分辨力测量结果

表3 空间线性距离测量结果（mm）

3 讨论

CBCT为医用电子加速器的附属成像装置，对其的相关检测，目前国内尚无专门的标准可参考。相关研究一般参考CT设备的卫生标准WS 519-2019《X射线计算机体层摄影装置质量控制检测规范》，对所用CBCT的CT值均匀性、密度分辨力、空间分辨力及空间线性距离等图像指标进行检测，常用的模体种类包括AAPM型模体、RMI461型模体、YCTM型模体及Catphan型模体等。目前，由于主流医用加速器配备的为Catphan型模体（Varian医用加速器的CTP 504和医科达医用加速器的CTP 503），相关研究也大多基于该模体对医用加速器CBCT进行质量控制检测[5-8]，但检测项目、检测周期及评价标准尚无统一规范，通常以厂家验收测试手册作为参考，故十分必要制定适合医院CBCT设备的质量控制检测方案，并作为设备稳定性监测工作的基础。

本研究使用Catphan 503型模体对加速器CBCT进行图像质量控制检测，不同项目的检测结果均符合验收标准。图像配准和患者位置验证是图像引导放疗的前提，因此对图像质量提出了更高要求，而严格的质量控制是保障图像质量的关键。若科室新安装医用电子加速器，可以基于验收检测结果设置CBCT 图像质量各参数误差的标准，并在以后工作中不断监测，若某一参数偏离设定范围，则应及时予以校准修正[5]。Catphan 模体一般由加速器配套，方便易得，相对于AAPM 模体等其他模体，体积小、重量轻，且不存在由热胀冷缩引起的漏水和进气等问题，在诊断用CT 的验收检测中也被推荐使用[6]，加之其检测方法简单可靠，可作为加速器CBCT 甚至CT 模拟定位机图像质量控制检测的首选模体。

加速器CBCT 的质量控制项目除了图像质量外，还包括几何精度、安全性和应用性以及扫描时患者所受辐射剂量等[7-8]，相关测试方法和基准也随着放疗技术和临床需求的发展而在不断改进，尤其在MR 图像引导加速器出现后，其图像质量控制工作更需规范化[9]。随着Phantom 实验室推出可以全自动分析Catphan Phantom 图像的Catphan®质量保证软件，Catphan 模体将会得到更广泛的应用。在实际工作中，医院相关科室应进一步规范医用加速器CBCT 质量控制的检测方法及内容，以期为医用加速器质量控制检测体系的建立提供重要支撑。